高度乳化含油废水处理工程设计.docx

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高度乳化含油废水处理工程设计

Ⅰ毕业设计（论文）题目

中文：

高度乳化含油废水处理工程设计

英文：

Heightofemulsifiedoilwastewatertreatmentengineeringdesign

Ⅱ原始资料

废水水质质量指标（表格1）

项目

BOD5

/（mg/L）

COD

/（mg/L）

SS

/（mg/L）

pH

石油类/（mg/L）

设计处理水量

（m3/d）

进水

4000

12500

1000

6～9

2600

5000

出水

200

380

300

6～9

15

以上资料是在安徽某精密铝业有限公司所取获。

本工程设计规模为50m3/d（2083.3．6m3/h×24h），出水水质执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的三级标准。

据此通过现场调查，确定了设计进、出水水质（见表1）

Ⅲ毕业设计（论文）任务内容

一、论文目的及意义

随着工业生产的发展，金属、粮油以及皮革加工，特别是石油开采、加工运输等都产生了大量的含油废水。

目前，大水量、低浓度的含油废水，经过初级处理后就可以达到国家排放标准。

但是小水量、高浓度、高乳化度含油废水的处理设计仍在研究之中，若此类废水直接排放，不仅严重污染环境，还会破坏生态平衡【2】。

另外，可回收的油类直接排入水体，也造成了资源的浪费，违背了可持续发展的国家基本政策要求。

所以，开展高度乳化含油废水的处理研究是非常必要的。

本设计的主要内容是通过对高度乳化含油废水的分析研究，设计一套切实可行的处理工艺。

二、论文研究内容

高度乳化含油废水的具体设计处理措施，以及对应于传统乳化含油废水处理的优势。

摘要

乳化含油废水，特别是高度乳化含油废水（如切削液、清洗液等）因其含油浓度高、乳化彻底、COD一般都在6万以上，高的可达到15万，是国际上公认非常难处理的危险废水。

乳化含油废水主要来自机械加工、金属表面处理过程中的防腐剂、润滑剂的冲洗以及冷却液循环使用后的排放，其特点是乳化油类物质含量高、间歇排放、量少，但是污染程度大。

当前含油废水的处理一般采用物化/生化联合处理工艺，工艺单元有气浮、膜分离、吸附、化学氧化、电化学、厌氧（UASB）、好氧（活性污泥法及生物滤池）等，最近还发展了共降解MBR、微波催化载铁GAC、膜集成技术等新工艺。

本课题利用吸附预处理—破乳/混凝沉淀—精密过滤—活性炭吸附降解联合处理高浓度乳化含油废水，通过四种工艺的联合与优化弥补单项处理工艺存在的缺陷，达到较理想的废水处理效果。

设计以安徽某精密铝业有限公司所排放废水为对象，在吸附预处理环节，采用工业废弃物电厂产生的工业粉煤灰对溶解性油进行吸附，以废治废，在极大地降低了系统运行费用的同时也体现了循环经济的理念，可以大大减少破乳剂和混凝剂的使用量，降低运行费用；中间过程用破乳/混凝沉淀的办法处理高度乳化含油废水；最后经过精密过滤和活性炭吸附深度处理后，确保COD、含油量均达国家三级排放标准。

运行结果表明吸附法预处理—破乳/混凝沉淀一精密过滤—活性炭吸附法对高度乳化含油废水有良好的处理效果。

由于其工艺简单、处理效率高，且合理利用了工业废弃物，变废为宝，符合可持续发展的要求，具有较广阔的应用前景。

关键词：

高度乳化含油废水，粉煤灰，破乳，混凝沉淀，深度处理

ABSTRACT

Emulsionwastewater,especiallyheavyconcentrationemulsionwastewater（suchascuttingfluid,cleaningfluid）,isakindofinternationallyrecognizeddangerouslywastewaterforitshighconcentration,completeemulsionandCODisabove60000mg/Lataverage,sometimesisashighas120000mg/L.Emulsionwastewatermainlycomefrommechanicalprocessing,thecleaningofantisepticandlubricantintheprocessofdealingmetalsurface,andemissionofthecoolantliquidafterberecycleduse.Itscharacteristicsarehighcontentofemulsifiedfuel,intermittentemission,littlequantitybuthighdegreeofpopulation.Nowadays,methodswhichappliedindealingwithemulsionwastewaterismaterialized/biochemicaljointtreatmentprocess,includingflotation,membraneseparation,adsorption,chemicaloxidation,electrochemistry,UASB,ATAT（activatedsludgemethodandtricklingfilter）etc.,somenewmethodsarerecentlydevelopedlikeMBR,GACandmembraneintegration.

Heavyconcentrationemulsionwastewaterwouldbetreatedbytheadsorptionpretreatmentfirstly,andthenemulsionbreakingpretreatmentorprecipitationprocess,thirdlysophisticatedfilteringandactivatedcarbonwasusedtoabsorbtheresidualcontaminantsatlast.TheJointapproachwasusedtomakeupdeficienciesinindividualtechnologyandachievethedischargestandardsofoilywastewater.Thestudytookemulsionwastewaterwhichdischargedbyanaluminumprecisioncompanyastarget.Atfirst,intheprocessofadsorptionpretreatmentusingflyashwhichcomefromtheindustriallywasteplanttoabsorbthesolubleoil,treatwastebywaste,itisnotonlydramaticallyreducedtheoperationcostofsystembutalsoreflectedtheconceptofcirculareconomy,thisstepcangreatlyreducethecostofthedemulsifiersandcoagulant,thusreducetherunningcost.Andthen,heavyconcentrationemulsionwastewateristreatedbythemethodofemulsionbreakingorprecipitationprocess.Atlast,thewastewaterisdealtwithsophisticatedfilteringandflyashadsorptionprocessinordertoimprovetheeffectivenessofwastewatertreatmentandachievethedischargestandardsofoilywastewater.

Theresultoftheresearchshowsthatadsorptionpretreatment-emulsionbreaking/precipitationprocess-sophisticatedfiltering-flyashadsorptionprocesshasagoodeffectinheavyconcentrationemulsionwastewatertreatment.Thejointtechnologyhasamorebroadapplicationprospects,becauseofitssimpleprocess,highefficiencyanditusingindustrialwasteinrational,accordingwiththerequirementsofsustainabledevelopment.

Keywords:

Heavyconcentrationemulsionwastewater,flyash,emulsionbreaking,precipitationprocess,advancedtreatment

表格清单

插图清单

引言

随着工业生产的发展,金属、粮油以及皮革加工,特别是石油开采、加工运输业等都产生了大量的含油废水。

目前,大水量、低浓度的含油废水,经过初级处理后就可以达到国家排放标准。

国内外已有较多装置可以很好地处理此类废水,如竖流式沉降罐、辐流式沉降罐、波纹板油水分离器等。

但是小水量、高浓度、高乳化度含油废水的处理设备仍处在研究之中,若此类废水直接排放,不仅严重污染环境、破坏生态平衡,还导致各种疾病的产生。

另外,可回收的油类排入水体,也造成了资源的浪费。

为了保护水资源和水产环境,保护生态平衡和人类健康,开展小水量、高浓度、高乳化度含油废水处理研究是十分必要的。

本课题利用吸附预处理—破乳/混凝沉淀—精密过滤—活性炭吸附降解联合处理高浓度乳化含油废水，通过四种工艺的联合与优化弥补单项处理工艺存在的缺陷，达到较理想的废水处理效果。

第1章绪论

1.1乳化含油废水概述

1.1.1乳化含油废水的来源

含油乳化废液来源广泛，其主要来源有以下几个方面。

其一，金属和机械工业。

主要来自机械切削、机械加工、铸造、锻造、汽车发动机加工、装配、电镀、焊接、涂装，调质、矿物浮选等各车间。

在切削、研磨、压延等机械加工过程中，使用水包油型乳化液作润滑剂、清洗剂、冷却液、防锈剂，以减小摩擦力、降低热效应、延长刀具寿命、提高加工质量和生产效率[1]。

由于含油乳化液中含有大量的不饱和油脂、皂类、乳化剂和添加剂等有机物，在长期使用中被空气中的氧气氧化，另外在金属切削过程中摩擦受热以及金属的催化作用，使乳化液中的油脂氧化，而且乳化液中缺少阳光，细菌大量繁殖形成缺氧环境，使其逐渐腐败变质失去作用，并产生臭味，因此乳化液必须定期更换。

这类废水的主要成份为机械油或矿物油、皂类、乳化剂、消泡剂、润滑防腐剂、可溶性有机物、金属切削物和固体悬浮物，也含有一定浓度的表面活性剂、稳定剂、乳化油等。

其二，来源于石油工业。

在石油生产、精炼、储存、运输等过程中产生，比如油气和油品的冷凝分离水和洗涤水、反应生成水、油罐洗水、油槽车洗涤水、炼油设备洗涤水等。

此外，金属表面清洗、食品加工、纺织、皮革、印钞、橡胶工业都会产生高浓度含油乳化废液。

各类乳化废液具有如下共同特点:

成份复杂，种类繁多，含有大量的油、多种表面活性剂及添加剂，COD含量高，处理难度相当大。

1.1.2乳化含油废水的组成

含油乳化废液主要由5～10%的矿物油或植物油、表面活性剂和水组成，且油、水、乳化剂三者形成稳定的乳化液体系。

1.2乳化液的理化性质及危害

1.2.1乳化液的类型与特点

（l）乳化液的类型

乳化液的类型有水包油型（O/W）、油包水型（W/O）和复合乳化液（亦称多重乳化液）三种，水包油型是指分散相的水滴中含有油，油包水型是指分散相的油滴中含有水的分散体系[2]。

含有水滴的油滴分散在水相中所形成的乳化液，称为水—油—水型复合乳化液;而含有油滴的水滴分散在油相中所形成的乳化液，称为油—水—油型复合乳化液。

复合乳化液又可分为三种类型，A类是分散相微滴中包含一个大的内部微滴;B

类是分散相微滴中包含许多的内部微滴;C类是分散相大滴中捕获了大量的极小且紧密堆积的微滴。

图表1

（2）乳化液的特点

乳化液多用阴离子型乳化剂配制，为O/W型结构，油珠带负电。

由于乳化液中含有大量油类、表面活性剂和脂肪酸钠盐等，在循环使用过程中受摩擦热、金属粉尘及细菌等污染，逐渐腐败变质失去作用。

所以要定期或不定期地排出一部分老的乳化液补充新的乳化液。

乳化液的外观取决于在连续相中分散液滴的大小。

分散液滴直径大于或等于1um，乳化液为乳白色;直径在0.1～1um为蓝白色;直径在0.05~0.1um为浅灰色半透明状;直径小于0.05um，乳化液是洁净透明状。

本试验所研究的是机械加工冷却乳化液，油滴粒径在0.1～2um之间，由于使用过程中的机械滴漏混入大量的机械油，使其表面漂浮大量黑色浮油。

外观呈乳白色，有时呈灰色，变质后伴有恶臭。

1.2.2影响乳化液稳定的因素

根据乳化剂的作用，乳化液的稳定原因可以归纳为三个方面:

界面张力，界面膜的性质，界面电荷。

（1）界面张力

乳化液是高度分散且具有巨大油水界面的多相分散系，界面能很高，是热力学上的不稳定体系。

为了降低体系的能量，液滴间有自发聚结的倾向，因此低的油水界面张力有助于体系的稳定。

当加入乳化剂后，乳化剂分散在油—水界面上定向吸附，降低油水界面的张力，促使乳化液稳定[3]。

因此，低界面张力在形成稳定的乳化液中起到了重要作用。

（2）界面膜

低界面张力是乳化液稳定的重要因素，但并非唯一因素，界面张力的高低主要表明乳化液形成的难易。

界面膜的机械强度也是决定乳化液稳定的主要因素之一。

在水体系中加入乳化剂后，由于乳化剂的两亲分子使得它既亲水又亲油，亲水基伸进水中，亲油基伸进油中，定向排列在油水界面上形成界面膜。

膜的机械强度决定了乳化液的稳定性。

（3）界面电荷

乳化液的液珠上所带电荷主要来源于所用离子型乳化剂在水中电离产生离子在液珠表面吸附所致。

若乳化剂为阴离子型表面活性剂，则油珠带负电荷;若乳化剂为阳离子型表面活性剂，则油珠带正电荷。

由于质点上的电荷相互排斥使液珠不易凝聚，乳化液变得稳定。

乳化废液处理过程中可以根据这些影响因素使乳化废水失去稳定性而易于处理。

由于界面张力原因稳定的乳化液，可以采取提高界面张力的方法失稳;由于界面膜强度稳定的乳化液，可以通过加酸等方法破坏液膜使其失稳;由于界面电荷稳定的乳化液，可以通过压缩双电层的方法达到破乳效果。

1.2.3含油乳化废水的生态毒性

高浓度含油乳化废液是一种难处理的工业废水且排放量大，如不进行处理直接排放，对水体和生态坏境会造成严重危害，主要表现为以下几个方面。

（l）危害动物及人类健康

高浓度含油乳化废液中含有油类、乳化剂（表面活性剂）、亚硝酸钠及它们的分解产物。

这些分解产物存在着多种有毒和致癌物质，如多氯联苯类、多环芳烃等。

这些物质在水体中被水生生物粘附、吸附、摄取、吸收、富集，造成水生生物畸变，通过食物链的作用进入人体，使肠、胃、肝、肾等组织发生病变，危害人体健康。

（2）危害水生动植物生长

油类和表面活性剂物质进入自然界水体极易扩散成膜而覆盖在水体表面，阻止空气中的氧溶解于水，造成水体缺氧，使水生动物大量死亡，产生恶臭，还会妨碍水中植物的光合作用，是典型的高浓度、难生物降解有机废水。

水体中含油达0.01g/L就可能使鱼肉带有特殊气味而不能食用[4];油膜还能附在鱼鳃上，导致鱼类呼吸困难，甚至窒息死亡;在含油乳化废水的水域中孵化的鱼苗，多数产生畸形，易于死亡。

（3）破坏水体景观

含油乳化废液中含有的挥发性有机物，在各种自然因素作用下，一部分组分和分解产物可挥发进入大气，污染和毒化水体上空和周围的大气环境。

同时，因扩散和风力作用，可使污染范围扩大。

油类在水体中会相互聚结成油团，或在水体中的固体漂浮物上形成油疙瘩，聚集在沿岸、码头、风景区形成大片黑褐色的固体块，腐败发黑，气味刺鼻，难以自然降解，使自然景观遭到破坏。

（4）危害农田植物

油类物质可吸附在农作物根茎部，若用含油乳化废液灌溉农田，不仅会使土壤油质化，而且影响农作物对养分的吸收，造成农作物减产或死亡。

因此，含油废水的治理对于保护水资源，维持生态平衡，促进经济发展，都具有重要意义。

1.3乳化含油废水处理研究的现状

含油废水的治理已成为废水治理的一个重要内容，其关键在于乳化油的破乳。

常用的破乳方法主要有化学法、机械物理除油法、物理化学法和电化学除油法等。

1.3.1.化学法破乳

化学破乳法是向乳化液中投加化学试剂,通过化学作用使乳化液脱稳,破乳,实现油水分离的目的。

目前国内外采用化学破乳的应用较多，但由于在处理过程中需加入化学絮凝药剂进行破乳，且未能破乳的一般需投加化学絮凝药剂将其捕集于沉渣中而析出，因此，不但会造成二次污染，而且分离出来的油往往不能回收，处理成本也比较高【5】。

即使如此，处理的净水也很难达到排放标准，这是多年来一直难于解决的问题。

1.3.2机械物理除油法

（1）离心分离法

利用高速离心机（转速高于12000r/min）可分离水中的乳油。

（2）粗粒化除油法【6】

当含油废水流经一些疏水亲油物质时,油珠在其润湿、聚结、碰撞聚结、截留、附着等联合作用下聚集成较大的油珠,而有利于油的去除。

该法关键是选择或制备适当的粗粒化材料。

最近开发出一种亲油性纤维和疏油性纤维的复合片,既具有高的吸油聚结性能又具有拨油性能。

西安公路交通大学的程继夏等研究并提出了新型油水分离器填料,解决了目前油水分离器填料不能很好去除乳化油的缺点,为新型油水分离器的设计提供了新的工艺和新材料。

需要注意的是粗粒化材料可能会受到表面活性剂的影响,因此具体的处理工艺要根据具体的处理对象来确定。

该方法的特点是:

设备小,操作简便;粗粒化材料易堵塞,长期使用效果下降。

（3）过滤法

过滤法是利用颗粒介质的截留、惯性碰撞、筛分、

表面黏附、聚并等作用,将水中油分去除。

常用的滤料有石英砂、无烟煤及玻璃纤维、高分子聚合物等,一般用于二级处理或深度处理。

该方法出水水质好,设备投产少，无浮渣，但滤床要反复冲洗。

（4）膜分离法

膜分离技术是用一张多孔滤膜利用液-液分散体系中两相与固体膜表面亲和力不同达到分离的目的。

主要是指反渗透（RO）、超滤（UF）和渗析等。

在含油废水处理中研究较多的是超滤法。

与传统方法相比,此法的优点是不需加入其它试剂,无二次污染,不产生含油污泥,浓缩也可焚烧处理,设备费用低,且选择合适的工作膜处理后的出水一般可达到直接排放标准,或直接作为工业用水使用。

但需对废水进行严格的预处理,同时膜的清洗也较麻烦。

膜分离法出水水质好,设备简单但存在着膜清洗困难,操作费用高的问题。

1.3.3物理化学法

（1）浮选法【7】

浮选法是依靠空气泡的表面吸附油粒或悬浮物达到分离的目的。

该法主要用来处理分散油、乳化油和细小的悬浮固体物,对于去除废水中的乳化油有特殊功效。

浮选主要用于去除水体中的乳化油,浮选设备常常被安放在初级除油设备后面作为二级治理设备。

影响浮选分离效率的主要因素有污水流速、进气速度及单位液体所使用的气体体积、气泡大小及分散程度、水温、pH值、化学物质等。

通常加入混凝剂可使浮选法的效率提高一倍。

浮选法的优点是效果好,工艺成熟;存在的缺点是占地面积大,药剂用量大,产生浮渣。

（2）吸附剂吸附法

该法适于深度处理废水中的微量油,一般费用较高,但可大大提高水体的质量。

其原理是利用吸附剂的多孔性和大的比表面积,将废水中的溶解油和其它溶解性有机物吸附在表面,从而达到油水分离。

文献报道吸附剂可分为3类:

炭质吸附剂、无机吸附剂和有机吸附剂。

其中炭质吸附剂中的泥炭吸附剂可用于去除乳化油和作为破乳剂。

天然无机吸附剂经过煅烧的活化矾土、泥灰岩、褐煤等,既可用作油吸附剂,在滤层中作滤料,也可作为破乳剂,用于乳化油去除。

另外,膨润土、石膏、白灰、硅藻土等也可处理乳化油。

有机吸附剂可分为天然或天然改性和人工合成两类,一般比无机吸附剂去油能力强,二者可单独或混合使用人工合成的有机吸附剂只含有一种和多种单体的高分子聚合物吸附剂,主要为聚烯类，合成树脂已大量应用于水处理行业。

吸附剂多制成粒状、泡沫状或纤维状用于吸油。

该方法出水水质好,设备占地小但投资较高,吸附剂再生困难。

1.3.4电解法

电解法包括电解氧化法、电解还原法、电解絮凝吸附法和电解浮上法电解槽中的可溶性电极有铝、铁、铝合金、锌等。

电解使铁、铝等可溶性金属氧化失去电子溶解成金属离子（Fe2+、Al3+）,然后金属离子水解生成铁或铝的氢氧化物胶体,具有吸附或凝聚乳化油或溶解的作用,然后沉降除去。

日本研制出的MEF电解槽,其阳极为特制的铝合金,可处理多种乳化含油废水,出水含油量大多小于10mg/L。

电解法除油效率高,但耗电量大,装置复杂,电解过程有氢气产生,易爆。

各种工艺的特点比较：

以上各种含油废水的处理方法如下：

表格2各工艺优缺点比较

方法名称

去除油粒径（um）

优缺点

粗粒化法

>10

设备小，操作简便;粗粒化材料易堵塞，长期使用效果下降，有表面活性剂存在时效果差。

过滤法

>10

出水水质好,设备投产少，无浮渣，但滤床要反复冲洗

膜分离法

>10

出水效果好，基建费用低，但膜易污染，难再生。

浮选法

<60

效果好，工艺成熟;占地面积大，药剂用量大，产生浮渣。

吸附法

>10

出水水质好，设备占地少，投资费用高，吸附剂

难再生。

电解法

<10

除油效率但耗电量大,装置复杂,电解过程有氢气产生,易爆。

第2章工程概述

2.1设计任务

2.1.1设计项目名称

高度乳化含油废水处理工程设计

2.1.2设计内容

出水水质执行《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的三级标准

2.2设计依据、原则及目标

2.2.1设计依据

（1）服务单位提供的污水水质、水量和要求等基础资料；

（2）《污水综合排放标准》（GB8978—1996）；

（3）《低压配电装置及线路设计规范》（GB50054-92）；

（4）《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）；

（5）《室外排水设计规范1997年修订》（GBJ14-1987）；

（6）《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-1988）；

（7）《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84）；

（8）《给水排水设计手册》（1--11册）；

（9）《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月）；

（10）《中华人民共和国水污染防治法》（1984年5月）；

（11）《中华人民共和国水污染防治实施细则》（